基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)

劉兵 楊東陽

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的快速進(jìn)步，從一定意義上推動了我國步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展進(jìn)步。步進(jìn)電機(jī)作為一項(xiàng)特殊的先進(jìn)設(shè)備，其適應(yīng)范圍廣泛，憑借著自身的技術(shù)優(yōu)勢，為眾多行業(yè)領(lǐng)域作出了不可估量的貢獻(xiàn)。而PLC作為一種控制裝置，依靠其自身的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、技術(shù)處理等優(yōu)勢能有效控制步進(jìn)電機(jī)，讓步進(jìn)電機(jī)的價(jià)值發(fā)揮到最佳狀態(tài)。本文闡述步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的工作原理和特性，并分析PLC步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)原理和挑戰(zhàn)，以為步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC；步進(jìn)電機(jī)；控制技術(shù)

毋庸置疑，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶動下，步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的控制功能無疑被高度青睞，為自動化系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新盛景。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量低、操作誤差小等優(yōu)點(diǎn)，為其在部分領(lǐng)域中的地位提供了支撐后盾。PLC在眾多控制裝置中最深得步進(jìn)電機(jī)的心，兩者的有機(jī)融合已成為眾多行業(yè)中的控制領(lǐng)域的不二之選，其發(fā)展?jié)撃軜O大。同時，PLC的性價(jià)比優(yōu)勢也更具一層，這就確保了PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用的有效性。故此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)充分了解兩者融合的理論基礎(chǔ)，并放置到實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)控制技術(shù)的大進(jìn)步。

一、 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)的控制原理主要依賴電脈沖信號來完成，在控制過程中，把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移。在電脈沖的控制的影響下，步進(jìn)電機(jī)的角位移量和速度會與輸入脈沖的數(shù)量及頻率形成正比，以達(dá)到相應(yīng)的控制效果，確保實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在控制中的有效精準(zhǔn)定位的目的。同時，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度的控制，主要是依靠脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)有效控制，以保證運(yùn)作過程中能進(jìn)行實(shí)時調(diào)速。另外，在通電的順序上稍作改動，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向就能夠被有效改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的靈活控制。

二、 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的特性闡述

常見的步進(jìn)電機(jī)的分類主要分為以下三類：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁性步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)等[1]。除了此種按照結(jié)構(gòu)劃分的方式，步進(jìn)電機(jī)亦還有其他的分類方法。然而，不管是哪種依據(jù)劃分的步進(jìn)電機(jī)種類，其控制技術(shù)的特性基本上都包含以下七大方面。其一是其跟隨性優(yōu)良。由于步進(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入脈沖的數(shù)量是正相關(guān)的，再加上其運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的誤差概率極低，幾乎可忽略不計(jì)，故其在跟隨性上是十分合格的。其二，步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動器一起構(gòu)成了開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，簡單卻不失實(shí)在的可靠性，并且在成本上也非常的可觀。其三是其反應(yīng)足夠靈敏。無論是在啟動亦或停止工作的響應(yīng)上，步進(jìn)電機(jī)都是走在前面的，使其很好地發(fā)揮了控制作用。其四是其速度調(diào)節(jié)靈活。平滑調(diào)節(jié)速度自不用說，在低速的情形下也能取得較大轉(zhuǎn)矩。其五是步進(jìn)電機(jī)的電源特殊性，即只使用脈沖電源才有作用，對于交流電源或直流電源是無濟(jì)于事的。其六是需定期進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，才能確保步進(jìn)電機(jī)的震蕩和失步影響降到最低，同時做好控制系統(tǒng)與機(jī)械負(fù)載的優(yōu)化處理。其七是步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)作時的噪聲和振動較大，以及在帶慣性負(fù)載的能力上不是那么盡人意，這就要求相關(guān)人員務(wù)必具備一定的控制技術(shù)。

三、 基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的分析

（一） 傳統(tǒng)控制方式

傳統(tǒng)的控制方式上存在著許多弊端。其傳統(tǒng)原理主要是從控制器中生成控制命令，經(jīng)環(huán)形分配器生成脈沖串，在進(jìn)入到功率放大器進(jìn)行脈沖分配，形成旋轉(zhuǎn)磁場，從而達(dá)成控制。然而，這種控制方式是按照質(zhì)量來達(dá)到控制的，這種方式的不足之處就在于其工程量尤其浩大，無論是在設(shè)計(jì)還是分配上，都需要較大的人力物力的支持，同時，這種控制方式層層緊閉，獨(dú)立性較差，在某個環(huán)節(jié)上稍有不慎，都會引起整個控制體系的癱瘓，無法繼續(xù)進(jìn)行控制運(yùn)行。這種傳統(tǒng)的控制方式，弊端突出，步進(jìn)電機(jī)的不足之處暴露無遺，效果固然不盡人意。因此，在控制需求愈來愈高的眾多行業(yè)中，這種傳統(tǒng)控制方式正逐步被淘汰中，亟待優(yōu)化升級。

（二） PLC控制原理

基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)主要是有PLC和步進(jìn)電機(jī)兩者相融合的一項(xiàng)控制技術(shù)，借助于PLC的優(yōu)勢，彌補(bǔ)步進(jìn)電機(jī)的劣勢，克服傳統(tǒng)方式的不足之處，提高了整個控制體系的性能。一般情況下，PLC步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)在硬件上包括了控制面板、PLC控制器、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動器等四大部分?？刂泼姘逶诤蚉LC進(jìn)行通信的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)督控制，這些操作面板多種多樣，如按鈕、開關(guān)等，而目前的控制面板已經(jīng)可以直接觸屏操作，用戶錄入信息后，控制面板與PLC進(jìn)行通信后直接控制信號，發(fā)送到驅(qū)動器，由驅(qū)動器控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)作情況。驅(qū)動器的選取要有根據(jù)，而不能敷衍篩選，因此，務(wù)必根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的型號和PLC輸出信號的極性來選取合適的驅(qū)動器。在實(shí)際選擇中，一般可選擁有細(xì)分功能的驅(qū)動器，以確保步進(jìn)電機(jī)在控住精度和運(yùn)行性能的良好性，當(dāng)前的驅(qū)動器的細(xì)分等級小的有8倍，大的能達(dá)到256倍，而在選擇時，相關(guān)人員務(wù)必從實(shí)際出發(fā)，稱體裁衣，追求合適。同時，在控住操作中，PLC的高速脈沖輸出功能是必不可少的，運(yùn)用此功能達(dá)到控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。另外，步進(jìn)電機(jī)的啟動與停止頻率以及轉(zhuǎn)矩都必須和轉(zhuǎn)動慣量相匹配，并用相關(guān)公式算出脈沖量、頻率等，進(jìn)而做好PLC的選擇工作。

（三） 程序的創(chuàng)建

基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)在運(yùn)行時有一定的程序，首先在控制步進(jìn)電機(jī)的速度和位置時，就必須對EM253依據(jù)控制要求進(jìn)行組態(tài)。EM253位控模塊作為PLC的擴(kuò)展功能模塊，能相應(yīng)地控制速度和位置，達(dá)到控制效果。組態(tài)完成后就得進(jìn)行調(diào)試，這是由于組態(tài)產(chǎn)生的參數(shù)也不是百分之百的準(zhǔn)確，所以需要不斷調(diào)試以改善參數(shù)，在反復(fù)的調(diào)試之后，以取得最合適的參數(shù)。在編譯之時，就要選取最合適的參數(shù)來編譯了，即在上一步的反復(fù)調(diào)試后取得的最合適的參數(shù)，隨之下載到PLC上，這也意味著程序的創(chuàng)建工作順利完成了。

四、 基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的挑戰(zhàn)分析

縱然PLC與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合在很大程度上改善了控制技術(shù)，但由于兩者并不是十全十美的，故此也會存在著一些挑戰(zhàn)。尤其是步進(jìn)電機(jī)本來存在的弊端，就給PLC的設(shè)計(jì)工作帶來了許多的阻礙，比如許多的步進(jìn)電機(jī)是雙凸極的，其轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)上都帶齒，這就會導(dǎo)致在某些控制體系上無法達(dá)到預(yù)測的效果，如不穩(wěn)定或高速運(yùn)行的狀態(tài)不佳等等[2]?？偠灾?，PLC的融合雖然帶來了步進(jìn)電機(jī)的控制技術(shù)的提升，但碧玉微瑕，相關(guān)應(yīng)用人員應(yīng)該了解這些挑戰(zhàn)后，及時做好控制技術(shù)的調(diào)整，不斷在前代的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工升級，以將控制過程中的困難程度降到最低，從而確保控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

五、 結(jié)束語

綜上所述，基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的潛能巨大，在未來的控制領(lǐng)域有著不可限量的發(fā)展空間。相較于傳統(tǒng)的控制方式，優(yōu)勢明顯，無疑促進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)的良好發(fā)揮。PLC控制裝置，充分發(fā)揮其自身的處理快速、判斷精準(zhǔn)、控制簡單等的優(yōu)勢，為步進(jìn)電機(jī)作出了重要的輔助貢獻(xiàn)。相信在PLC的支撐上，步進(jìn)電機(jī)的控制技術(shù)越發(fā)完善，控制性能發(fā)展穩(wěn)定，在各行各業(yè)的控制領(lǐng)域中都將得心應(yīng)手，將自身的強(qiáng)大價(jià)值有效地發(fā)揮出來，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的有效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 江華生，李鳴，高素萍，等.基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2006，25（10）：54-56.

[2] 王彥軍，李增生.基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（5）：1077-1079.

（作者單位：上海振華港機(jī)重工有限公司）